钢结构 课件 钢结构的连接

1、1.了解连接的种类和特点；了解连接的种类和特点；2.熟练掌握直角角焊缝构造及各种外力作用下的计算；熟练掌握直角角焊缝构造及各种外力作用下的计算；3.掌握对接焊缝（焊透）的计算；掌握对接焊缝（焊透）的计算；4.了解焊接应力和焊接变形影响因素及保证焊接质量的措施了解焊接应力和焊接变形影响因素及保证焊接质量的措施;5.熟练掌握普通抗剪、抗拉螺栓构造和计算；熟练掌握普通抗剪、抗拉螺栓构造和计算；6.了解高强度螺栓连接的计算。了解高强度螺栓连接的计算。 一、一、连接的作用连接的作用 制作加工制作加工钢板或型钢加工成构件；钢板或型钢加工成构件； 施工安装施工安装构件组成结构，钢结构与其它结构连接；构件组成

2、结构，钢结构与其它结构连接； 设计设计要求要求安全可靠，构造简单，施工方便，经济可行安全可靠，构造简单，施工方便，经济可行； 连接的重要性体现在以下几个方面：连接的重要性体现在以下几个方面： 1 1）连接的受力比构件复杂；）连接的受力比构件复杂； 2 2）连接的破坏直接导致钢结构的破坏；）连接的破坏直接导致钢结构的破坏； 3 3）连接的补强比构件困难。）连接的补强比构件困难。 4 4）在钢结构中所占比例比较大。）在钢结构中所占比例比较大。二、二、主要连接方法主要连接方法 (1) 焊焊缝缝连接连接 (2) 螺栓连接螺栓连接 (3) 铆钉连接铆钉连接1 1、焊、焊缝缝连接连接 (1)电弧焊电弧焊通

3、过热溶并加填料的方法完成构件之间的连接，是现代通过热溶并加填料的方法完成构件之间的连接，是现代钢结构连接的主要方式；钢结构连接的主要方式； (2)(2)优点：优点：构造简单、适应性强、自动化程度高、连接刚度大；构造简单、适应性强、自动化程度高、连接刚度大；(3)(3)缺点：缺点：降低被焊钢材的塑性韧性、焊缝热影响区易出现微裂纹降低被焊钢材的塑性韧性、焊缝热影响区易出现微裂纹、焊渣等缺陷、产生较大的焊接残余应力，容易发生脆断和疲劳、焊渣等缺陷、产生较大的焊接残余应力，容易发生脆断和疲劳破坏。破坏。车车间焊接间焊接易于控制质量；易于控制质量；现场焊接现场焊接受施工条件、季受施工条件、季 节影响大，

4、质量节影响大，质量 不易保证不易保证。2 2、螺栓连接：、螺栓连接：普通普通螺栓螺栓连接：连接：粗制粗制(C级级)、精制、精制(A、B级级)；高强度螺栓高强度螺栓： 摩擦型、承压型。摩擦型、承压型。（1 1）普通）普通螺栓螺栓连接：连接： 1)1)粗制粗制(C(C级级) )普通螺栓普通螺栓: :用圆钢锻压而成，用圆钢锻压而成， 精度较低，螺栓外精度较低，螺栓外径与栓孔内径公差较大径与栓孔内径公差较大 。 2)2)优点：成本低，拆装方便优点：成本低，拆装方便 3)3)缺点：承载力低，连接变形大，不宜做永久性结构连接。缺点：承载力低，连接变形大，不宜做永久性结构连接。 )0 . 25 . 1 (0

5、 dd（2 2）高强度）高强度螺栓螺栓连接：连接： 1) 1) 摩擦型：靠板间摩擦力传力。摩擦型：靠板间摩擦力传力。 工作原理：栓身预拉力工作原理：栓身预拉力板间预压力板间预压力板间摩擦力板间摩擦力 优点：改善被连接件的受力条件优点：改善被连接件的受力条件 连接变形比铆钉小连接变形比铆钉小 耐疲劳性能强耐疲劳性能强通过拧紧螺栓实现 2) 2) 承压型：承压型： 工作原理：构造及施工与摩擦型相同工作原理：构造及施工与摩擦型相同 与摩擦型的区别：允许被连接件之间发生滑动。滑动后，与摩擦型的区别：允许被连接件之间发生滑动。滑动后，依靠栓杆抗剪和承压径传递剪力依靠栓杆抗剪和承压径传递剪力 3 3、铆钉

6、、铆钉连接连接(1)(1)铆接连接：铆接连接：是将半成品铆钉烧成红热状后填入钉孔，再用是将半成品铆钉烧成红热状后填入钉孔，再用压铆机或铆钉枪实施铆合。由于铆合过程中钉身被压粗，钉身压铆机或铆钉枪实施铆合。由于铆合过程中钉身被压粗，钉身和钉孔之间的空隙被大部分填实，因此结构变形比普通螺栓连和钉孔之间的空隙被大部分填实，因此结构变形比普通螺栓连接小。接小。(2)(2)优点：优点：塑性极好，稳妥可靠塑性极好，稳妥可靠 ；(3)(3)缺点：缺点：工艺复杂，造价高，工艺复杂，造价高， 施工噪音大施工噪音大 4 4、不同连接的适用范围、不同连接的适用范围(1)(1)焊接连接：焊接连接：适于静力结构对接焊缝

7、适用于承受各种荷载的适于静力结构对接焊缝适用于承受各种荷载的 永久性结构；永久性结构； (2)(2)普通螺栓：普通螺栓：内力较小，次要结构，临时结构，安装连接；内力较小，次要结构，临时结构，安装连接； (3)(3)摩擦型高强度螺栓：摩擦型高强度螺栓：内力较大的永久性结构，直接承受动内力较大的永久性结构，直接承受动 载的结构；载的结构； (4)(4)承压型高强度螺栓：承压型高强度螺栓：内力较大的永久性结构，间接承受动内力较大的永久性结构，间接承受动 载的结构。载的结构。(5)(5)铆钉连接：铆钉连接：内力较大，承受各种荷载的永久性结构内力较大，承受各种荷载的永久性结构 一、焊接方法一、焊接方法

8、主要主要为为电弧焊电弧焊，少量采用，少量采用电阻焊、电渣焊电阻焊、电渣焊等；等；1 1、电弧焊、电弧焊利用利用焊条或焊丝与焊件间产生的焊条或焊丝与焊件间产生的电弧热将金属加热电弧热将金属加热并熔化的焊接方法并熔化的焊接方法。 手工电弧焊、手工电弧焊、(自动或半自动自动或半自动)二氧化碳保护焊和埋弧焊等。二氧化碳保护焊和埋弧焊等。焊件导线电源焊枪焊条焊机电弧焊渣焊缝金属气体药皮焊丝电弧焊车行进方向手工焊埋弧自动焊料斗焊丝(1)(1)手工电弧焊手工电弧焊药皮焊条、焊枪，高温药皮焊条、焊枪，高温电弧电弧熔融焊缝附近金属熔融焊缝附近金属，焊药形成焊渣和保护气体。灵活方便，高空作业，焊后清渣，焊药形成焊

9、渣和保护气体。灵活方便，高空作业，焊后清渣，质量离散性大。，质量离散性大。(2)(2)埋弧焊埋弧焊自动和半自动，光焊丝和焊剂，焊嘴内送丝，熔深自动和半自动，光焊丝和焊剂，焊嘴内送丝，熔深大、质量均匀、效率高，用于车间构件成型，需专用设备大、质量均匀、效率高，用于车间构件成型，需专用设备。(3)(3)气体保护焊气体保护焊药芯焊丝、焊枪，药芯焊丝、焊枪，CO2或惰性保护气体。灵活或惰性保护气体。灵活方便，焊渣少，质量稳定，需专用设备和纯度气体。方便，焊渣少，质量稳定，需专用设备和纯度气体。2 2、焊接材料、焊接材料( (熔敷金属熔敷金属) ) 焊条和焊丝焊条和焊丝焊条、焊丝必须与焊接方法和钢材品种

10、匹配；焊条、焊丝必须与焊接方法和钢材品种匹配；(1)(1)手工焊条手工焊条Q235钢采用钢采用E43焊条，焊条， Q345钢采用钢采用E50焊条；焊条；(2)(2)埋弧焊埋弧焊Q235钢采用钢采用H08A焊丝，焊丝， Q345钢采用钢采用H08MnA焊丝；焊丝；(3) CO2气体保护气体保护焊焊H10MnSi、H08MnSi焊丝；焊丝；二、焊缝连接形式二、焊缝连接形式1 1、焊接接头、焊接接头 (1)(1)对接接头对接接头 (2)(2)搭接接头搭接接头 (3) T(3) T形接头形接头 (4)(4)角接接头角接接头2 2、焊缝、焊缝 (1)(1)对接焊缝对接焊缝 (2)(2)角焊缝角焊缝3 3

11、、焊接方位、焊接方位平焊、俯焊平焊、俯焊质量易保证，质量易保证，车间构件成形常采用船形焊；车间构件成形常采用船形焊；横焊和立焊横焊和立焊不易施焊操作，不易施焊操作，质量不易保证；质量不易保证；仰焊仰焊难操作，应避免；难操作，应避免；三、焊接质量控制三、焊接质量控制1 1、焊工资质、焊工资质持证上岗，合格焊位；持证上岗，合格焊位；2 2、焊接工艺、焊接工艺焊接材料烘干、防潮，清理焊面，焊件定位焊接材料烘干、防潮，清理焊面，焊件定位，焊前焊后热处理，焊接环境温湿度、防风蔽雨，施焊过程，焊前焊后热处理，焊接环境温湿度、防风蔽雨，施焊过程温度控制；温度控制；3 3、焊缝质量检验、焊缝质量检验焊接表面质

12、量，无损探伤检验；焊接表面质量，无损探伤检验；3 3、焊缝质量检验、焊缝质量检验焊接表面质量，无损探伤检验；焊接表面质量，无损探伤检验；(1)(1)焊缝缺馅焊缝缺馅裂缝、夹渣、咬边、气孔、咬边、未焊透；裂缝、夹渣、咬边、气孔、咬边、未焊透；(2)(2)焊缝质量等级焊缝质量等级三级焊缝只需三级焊缝只需外观检查外观检查合格，一级和二级焊缝合格，一级和二级焊缝必须经必须经无损检查无损检查合格合格； 1)1)外观检查外观检查尺寸偏差、表面缺陷；尺寸偏差、表面缺陷； 2)2)无损检查无损检查射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤；射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤；钢结构工程施工及验收规范焊缝质

13、量检查标准分三级：三级：外观检查，即焊缝实际尺寸是否符合设计要求；有无看得见的 裂纹、咬边等缺陷。二级：外观基础上加无损检验。超声波检验焊缝20%的长度。一级：超声波检验每条焊缝的全长，以揭示焊缝内部缺陷。注：设计图纸中必须标明焊缝的质量级别。承受动载的重要构件焊缝：射承受动载的重要构件焊缝：射线探伤。线探伤。一、焊缝形式和构造要求1 1、角焊缝特征角焊缝特征(1)应用应用钢板搭接、钢板搭接、T形接、角接、构件组装、加劲肋、形接、角接、构件组装、加劲肋、铰接节点，施工简单铰接节点，施工简单；(2)焊缝形式焊缝形式焊缝形状焊缝形状凸型，凹型，等边，不等边，直角焊缝，斜角焊凸型，凹型，等边，不等边

14、，直角焊缝，斜角焊缝，塞焊，点焊，槽焊。缝，塞焊，点焊，槽焊。焊缝焊缝方向方向侧侧焊缝，端焊缝，围焊缝焊缝，端焊缝，围焊缝(3)受力受力方向方向侧面角焊缝侧面角焊缝:作用力与焊缝平行，受剪应力为主，两端大中间小，作用力与焊缝平行，受剪应力为主，两端大中间小，端部先破坏；端部先破坏；正面角焊缝正面角焊缝:作用力与焊缝垂直，应力复杂，焊缝根部应力集中引作用力与焊缝垂直，应力复杂，焊缝根部应力集中引起开裂；起开裂；斜向角焊缝斜向角焊缝:作用力与焊缝斜交，应力复杂，界于侧面和正面之间作用力与焊缝斜交，应力复杂，界于侧面和正面之间;周围角焊缝周围角焊缝:增加焊缝长度，开口或闭口周围全焊。增加焊缝长度，开

15、口或闭口周围全焊。周围角焊缝周围角焊缝的其他形式。的其他形式。(4)应力状态应力状态a 侧缝的应力状态侧缝的应力状态主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，主要受剪应力，分布不均，两头大中间小， 焊缝越长应力不均匀程度越高焊缝越长应力不均匀程度越高强度相对较低，塑性较好强度相对较低，塑性较好破坏常发生在近似破坏常发生在近似4545斜平面上斜平面上角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂正、剪应力都有，且分布很不均匀正、剪应力都有，且分布很不均匀根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点焊缝破坏强度高，但塑性差焊缝破坏强度高，但塑性差端焊缝应力端焊

16、缝应力分布分布ABCDb 端缝应力状态端缝应力状态破坏模式2 2、构造要求、构造要求(1)焊缝尺寸焊缝尺寸焊脚尺寸焊脚尺寸hf焊缝直边尺寸，设计标注尺寸焊缝直边尺寸，设计标注尺寸有效厚度有效厚度he焊缝破坏面尺寸焊缝破坏面尺寸焊缝计算长度焊缝计算长度lw有效受力长度，起灭弧处减有效受力长度，起灭弧处减hf，一般，一般lw = l -2hf(2)(2)最大最小焊脚尺寸最大最小焊脚尺寸hf过小时，焊接效果差，缺陷影响大过小时，焊接效果差，缺陷影响大;hf过大时，热量集中，对主体金属不利，焊接应力和变形大过大时，热量集中，对主体金属不利，焊接应力和变形大;被连接件厚度为被连接件厚度为t1，t2时，时

17、，(a)最小尺寸：最小尺寸： 常用常用hf45mm(b)最大尺寸：最大尺寸： 对板件厚度对板件厚度(t1)边缘边缘hf t1 (t1 6mm时时)或或hf t1-(12) mm(t1 6mm时时)(3)(3)最大最小计算长度最大最小计算长度l lw wlw过短时，焊接效果不可靠，不予考虑过短时，焊接效果不可靠，不予考虑;lw过长时，应力分布不均匀，端部过早破坏，过长部分不予考虑过长时，应力分布不均匀，端部过早破坏，过长部分不予考虑;(a)最小计算长度：最小计算长度：lw40mm和和8 hf(b)最大计算长度：侧面角焊缝最大计算长度：侧面角焊缝lw 60 hf，过长部分不予考虑；若应过长部分不予

18、考虑；若应力分布均匀，力分布均匀，最大计算长度不受限制最大计算长度不受限制(c)最小搭接长度最小搭接长度 5 tmin和和25mm构造要求汇总构造要求汇总3 3、焊缝符号、焊缝符号标注焊脚尺寸，焊缝长度，焊缝位置，焊标注焊脚尺寸，焊缝长度，焊缝位置，焊缝形式缝形式(单面、双面、围焊单面、双面、围焊)，现场焊，现场焊;三角形在横线之上表示箭头指处为焊缝，三角形在横线之上表示箭头指处为焊缝，三角形在横线之下表示箭头指处背面为焊三角形在横线之下表示箭头指处背面为焊缝；缝；详细焊缝符号表示：详细焊缝符号表示：端焊缝端焊缝侧焊缝侧焊缝 二、焊缝计算计算截面计算截面 均取均取焊缝焊缝45喉部为有效截面喉部

19、为有效截面（假定破坏截面）（假定破坏截面）有效焊缝高度有效焊缝高度 h e 0.7 h f ( (焊缝高度焊缝高度) )计算焊缝长度计算焊缝长度lw 每条连续焊缝的长度每条连续焊缝的长度2h f（每端扣（每端扣h f ）角焊缝的计算截面角焊缝的计算截面hfhehfh1h2deh-h-焊缝厚度、焊缝厚度、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根破坏面破坏面wf2/223)(3f试验公式试验公式 1 角焊缝的计算应力角焊缝的计算应力NyNx= fh he el lw w45O45Oh hf f二二、焊缝计算焊缝计算简化公式简化公式 wf2f2f)(ff 端焊缝强

20、度增大系数端焊缝强度增大系数 f直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝 1.01.22 静载、静载、 间接动载间接动载 1.0 直接动载直接动载 fwffff当当 0 时fwfff 0 时式中：式中：f 平行焊缝长度方向的计算应力平行焊缝长度方向的计算应力 f 垂直焊缝长度方向的计算应力垂直焊缝长度方向的计算应力 wff 角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值 危险点危险点角焊缝的计算应力角焊缝的计算应力weyflhNwexflhN得： 1.2223整理上式，并令f2f f2 2、侧面角焊缝计算、侧面角焊缝计算作用力平行于焊缝作用力平行于焊缝(1)假设沿假设沿45有效截面剪切破坏，有效截面剪切破坏，破坏面

21、有效面积：破坏面有效面积：(2)假设剪应力均匀分布，平均剪应力：假设剪应力均匀分布，平均剪应力：(3)设计要求设计要求:3 3、正面角焊缝计算、正面角焊缝计算作用力垂直于焊缝作用力垂直于焊缝(1)假设沿假设沿45有效截面破坏有效截面破坏破坏面上平均名义应力破坏面上平均名义应力(2)作用力作用力N分成与破坏面垂直分量和平行分量分成与破坏面垂直分量和平行分量(3)破坏面上正应力和剪应力破坏面上正应力和剪应力(4)折算应力折算应力(5)设计要求设计要求 f= 1.5=1.22-正面角焊缝强度增大系数正面角焊缝强度增大系数4 4、斜向角焊缝、斜向角焊缝(1)作用力作用力N分成与焊缝垂直分量和平行分量分

22、成与焊缝垂直分量和平行分量(2)平行分量剪应力：平行分量剪应力：(3)垂直分量应力：垂直分量应力：(4)设计要求：设计要求：三、角焊缝连接计算1 1、轴力作用下、轴力作用下(1)侧面角焊缝：侧面角焊缝：(2)正面角焊缝：正面角焊缝：(3)斜向面角焊缝：斜向面角焊缝：(4)周围角焊缝：周围角焊缝：wfwffflhN7 . 0/wfwfffflhN7 . 0/wffzffxff22/wfwffffflhN7 . 0/wfwfffflhN7 . 0/特例：盖板拼接特例：盖板拼接1)三面围焊缝，三面围焊缝，hf相同相同2)焊缝承载力焊缝承载力2 2、角钢连接、角钢连接(1)角钢桁架结构角钢桁架结构杆件

23、与节点板连接杆件与节点板连接 ，双角钢，双角钢(2)计算内容计算内容连接强度验算，连接设计连接强度验算，连接设计(3)连接设计连接设计选择焊缝布置选择焊缝布置(双边、三边、双边、三边、L形形)，按构造，按构造要求假设焊脚尺寸要求假设焊脚尺寸(角钢背角钢背hf1角钢尖角钢尖hf2)，计算焊缝长度，计算焊缝长度(4)连接验算连接验算已知焊缝布置和尺寸，计算承载力已知焊缝布置和尺寸，计算承载力(5)轴力分配轴力分配角钢背，角钢尖，角钢端角钢背，角钢尖，角钢端(a)双边侧焊缝双边侧焊缝角钢背焊缝传力角钢背焊缝传力N1 = Nb2/b = k1N角钢尖焊缝传力角钢尖焊缝传力N2 = Nb1/b = k2

24、N角钢背焊缝传力大角钢背焊缝传力大(b2b1)近似计算：近似计算：等边角钢等边角钢k1=0.7， k2=0.3不等边角钢长肢焊不等边角钢长肢焊k1=0.65， k2=0.35 不等边角钢短肢焊不等边角钢短肢焊k1=0.75， k2=0.25(b)三边围焊缝三边围焊缝端焊缝传力端焊缝传力N3角钢背焊缝传力角钢背焊缝传力N1 = (Nb2 - N3b/2)/b = k1N - N3/2角钢尖焊缝传力角钢尖焊缝传力N2 = (Nb1 - N3b/2)/b = k2N - N3/2(c)L焊缝焊缝角钢尖角钢尖N2=0端焊缝端焊缝 N3 = 2k2N 角钢背角钢背N1 =N - N3 = (1 - 2k

25、2) N(6)连接计算连接计算(a)双边侧焊缝双边侧焊缝(双角钢双角钢)角钢背角钢背lw1，hf1，N1 角钢尖角钢尖lw2，hf2，N2验算验算(b)三面围焊缝三面围焊缝(双角钢双角钢)角钢端角钢端lw3= b，hf3 ，角钢背角钢背lw1，hf1，N1 = k1N - N3/2角钢尖角钢尖lw2，hf2，N2 = k2N - N3/2验算验算验算验算(c)L焊缝焊缝(双角钢双角钢)端焊缝角钢端端焊缝角钢端lw3，hf3 角钢背角钢背lw1，hf1，N1 3 3、受弯连接、受弯连接（同时有（同时有M M、N N或或V V作用）作用）(1)耳板与柱连接耳板与柱连接: 梁柱连接梁柱连接焊缝受弯矩

26、、轴力和剪力焊缝受弯矩、轴力和剪力(2)计算内容计算内容: 连接强度验算，连接设计，先假设焊缝尺连接强度验算，连接设计，先假设焊缝尺寸，后验算焊缝强度寸，后验算焊缝强度(3)耳板与柱连接耳板与柱连接焊缝受弯矩焊缝受弯矩M=Pe、剪力、剪力V=P和轴力和轴力N作用作用弯矩弯矩M产生的最大正应力产生的最大正应力验算最不利位置验算最不利位置轴力轴力N产生的平均正应力产生的平均正应力假设剪应力均匀分布假设剪应力均匀分布(4)梁柱连接梁柱连接假设剪力由腹板焊缝均匀承受，弯矩由全部焊缝承受，假设剪力由腹板焊缝均匀承受，弯矩由全部焊缝承受，验算翼缘最大正应力：验算翼缘最大正应力：验算腹板边缘验算腹板边缘正应

27、力正应力剪应力剪应力验算验算4 4、受扭作用、受扭作用(1)受力简图：受力简图：(2)焊缝任意点分应力：焊缝任意点分应力：(3)最不利点最不利点A、B点：点：wfffAyfAxfpAfAyfpAfAxfITxITy222/,/fpffyfpffxfpfITxITyITr/cos,/sin,/5 5、扭剪作用、扭剪作用(1)受力简图：受力简图：(2)最不利点最不利点A点：点：wffFyfyfAyTFxfxfAxTfyFyfyfxFxfxfpAfAyTfpAfAxTfAFAFITxITy222/,/,/一、一、焊缝形式和构造要求焊缝形式和构造要求1 1、焊缝形式焊缝形式(1)对接焊缝应用对接焊缝应

28、用钢板拼接钢板拼接(splice)、构件组装、等强度连接、构件组装、等强度连接(full strength connection)，吊车梁，吊车梁(crane girder)、牛腿、牛腿(bracket)、刚、刚接节点接节点(rigid joint)，强度高，施工复杂，强度高，施工复杂；(2)接头形式接头形式对接对接(butt joint)和和T形连接形连接(T joint) ；(3)焊缝形式焊缝形式坡口焊，全溶透焊坡口焊，全溶透焊(full penetration)，部分溶透焊，部分溶透焊(partial penetration)；2 2、构造要求、构造要求(1)做做坡口坡口(edge pr

29、eparation)保证焊透保证焊透 I形形薄板薄板(t6mm)无需切边无需切边; V形形; U形形厚板厚板; 单边坡口单边坡口部分焊透或中厚板部分焊透或中厚板(t=620mm); 双边坡口双边坡口厚板厚板(t=2040mm);(2)加垫板加垫板(backing strip)单面焊，焊根容易焊透；单面焊，焊根容易焊透；(3)引弧板引弧板(run-on tab)避免焊口缺陷，保证等强度；避免焊口缺陷，保证等强度；(4)切斜坡切斜坡不同宽度，不同宽度，或厚度相差或厚度相差4mm以上以上，1:2.5斜坡，减小应力集中；斜坡，减小应力集中；3 3、焊缝符号、焊缝符号(welding symbol)(w

30、elding symbol)标明标明坡口形式、坡口形式、构造要求、现场焊；构造要求、现场焊；4 4、分类、分类(1)直焊缝直焊缝布置在与构件最大正应力受力方向或长度方向布置在与构件最大正应力受力方向或长度方向相垂直；相垂直；(2)斜焊缝斜焊缝布置在倾斜方向布置在倾斜方向；二、二、对接焊缝计算对接焊缝计算计算原则：计算原则：(1)等截面连接，焊缝截面应力与构件相同，计算公式相同；等截面连接，焊缝截面应力与构件相同，计算公式相同；(2)一、二级和没有拉应力的三级焊缝一、二级和没有拉应力的三级焊缝只验算构件即可；只验算构件即可；(3)只对受拉的三级直焊缝，进行焊缝抗拉强度计算；只对受拉的三级直焊缝，

31、进行焊缝抗拉强度计算；(4)计算不满足时计算不满足时把直焊缝移到拉应力较小的部位；把直焊缝移到拉应力较小的部位； 不便移动时不便移动时改二级直焊缝或三级斜焊缝。改二级直焊缝或三级斜焊缝。1 1、直直焊缝受轴力焊缝受轴力N N作用作用(1)焊缝计算长度焊缝计算长度lw有引弧板时取几何长度有引弧板时取几何长度lw=l，无引弧板时，无引弧板时取几何长度减去焊口影响取几何长度减去焊口影响lw=l-2t（t为较薄焊件的厚度）。为较薄焊件的厚度）。(2)应力计算：应力计算：t为连接板厚度为连接板厚度三级焊缝抗拉强度低三级焊缝抗拉强度低于母材于母材(parent metal)2 2、直直焊缝受剪力焊缝受剪力

32、V V作用作用应力计算：应力计算：Iw和和Sw为由焊缝尺寸为由焊缝尺寸计算的截面特性计算的截面特性wvwwftIVSmax3 3、直直焊缝受弯矩焊缝受弯矩M M作用作用应力计算：应力计算：wcwtwffWM或maxWw为由焊缝尺寸计算的截面抵抗矩为由焊缝尺寸计算的截面抵抗矩4 4、斜斜焊缝计算焊缝计算(1)(1)直焊缝不满足强度要求时，应改用斜焊缝，直焊缝不满足强度要求时，应改用斜焊缝，(2)(2)作用力分解成作用力分解成 法向分量法向分量N =Nsin 切向分量切向分量N =Ncos (3)(3)焊缝剪应力焊缝剪应力(4)(4)焊缝正应力焊缝正应力(5)(5)三级焊缝三级焊缝tg 1.51.

33、5时无需计算时无需计算wcwtwfftlN或sinwvwftlNcos5 5、弯矩、剪力和轴力同时作用弯矩、剪力和轴力同时作用(1)(1)最大正应力最大正应力(2)(2)最大剪应力最大剪应力(3)(3)正应力和剪应力正应力和剪应力都较大处折算应力都较大处折算应力一、焊接应力的产生焊接焊接不均匀加热和冷却过程，自平衡应力不均匀加热和冷却过程，自平衡应力1 1、纵向焊接应力、纵向焊接应力 焊接高温焊缝周围产生塑性压缩，冷却时收缩受到限制，焊接高温焊缝周围产生塑性压缩，冷却时收缩受到限制，焊缝附近区受拉，焊缝区以外受压，焊缝附近区受拉，焊缝区以外受压，2 2、横向焊接应力、横向焊接应力 纵向收缩产生

34、反向变形纵向收缩产生反向变形中间受拉，两端受压中间受拉，两端受压 先焊接限制后焊接变形先焊接限制后焊接变形中间受压，两端受拉中间受压，两端受拉 应力叠加应力叠加3 3、Z Z向焊接应力向焊接应力 表面先冷却限制内部收缩，内部受拉，表面受压表面先冷却限制内部收缩，内部受拉，表面受压二、二、焊接应力的影响焊接应力的影响1 1、结构构件静力强度、结构构件静力强度 自平衡应力，内外应力叠加，有焊接应力处先屈服，自平衡应力，内外应力叠加，有焊接应力处先屈服，内力重分布，最终全截面屈服内力重分布，最终全截面屈服无影响无影响2 2、结构构件刚度、结构构件刚度 先屈服区刚度为零，应变增加，变形增大先屈服区刚度

35、为零，应变增加，变形增大有影响；有影响；3 3、结构构件稳定、结构构件稳定 使受压区应力叠加，过早屈服使受压区应力叠加，过早屈服有影响；有影响；4 4、结构构件疲劳、结构构件疲劳 使循环应力最大值增大，裂缝易形成使循环应力最大值增大，裂缝易形成有影响；有影响；5 5、结构构件断裂、结构构件断裂 使受拉区实际拉应力增大，易形成裂缝和扩展使受拉区实际拉应力增大，易形成裂缝和扩展有影响。有影响。三、三、焊接变形焊接变形 不均匀收缩产生不均匀收缩产生四、四、控制焊接应力和变形控制焊接应力和变形1 1、设计措施、设计措施(1)尽量减少尽量减少焊缝数量和尺寸；焊缝数量和尺寸；(2)避免避免焊缝过分集中或多

36、方向焊缝相交于一点；焊缝过分集中或多方向焊缝相交于一点；(3)焊缝尽可能对称，避免应力集中；焊缝尽可能对称，避免应力集中；(4)保证搭接长度保证搭接长度 5tmin及及25mm；(5)易施焊，尽可能易施焊，尽可能避免仰焊。避免仰焊。2 2、焊接工艺措施、焊接工艺措施(1)采用合理的焊接顺序和方向；采用合理的焊接顺序和方向；(2)先焊收缩量大和短焊缝；先焊收缩量大和短焊缝；(3)先焊受力大焊缝，后焊受力小焊缝；先焊受力大焊缝，后焊受力小焊缝；(4)焊后校直焊后校直反变形；反变形；(5)焊前预热、焊后热处理；焊前预热、焊后热处理；(6)高温回火；高温回火；(7)带圆头小锤敲击；带圆头小锤敲击；(8

37、)钢板不易过薄钢板不易过薄t4mm；一、普通一、普通螺栓螺栓1 1、螺栓类型、螺栓类型(1)A级、级、B级和级和C级三种级三种(2)A级和级和B级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制作级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为安装复杂，螺栓等级为8.8级。很少用，已被高强度螺栓级。很少用，已被高强度螺栓代替。代替。(4)小数点前为材料抗拉强度，小数点后为屈强比，刻在螺小数点前为材料抗拉强度，小数点后为屈强比，刻在螺杆头上。例杆头上。例4.8级表示抗拉强度级表示抗拉强度400N/mm2，屈服强度，屈服强度320N/mm2。(5)常用螺栓直径为常用螺栓直径为d=16，20，24m

38、m，用，用M表示，如表示，如M16(3)C级为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大级为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.52mm(II类孔类孔)，制作安装方便，螺栓等级为制作安装方便，螺栓等级为4.6级和级和4.8级。级。 C级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。(6)普通普通螺栓的有效截面面积螺栓的有效截面面积Ae= d2e/4，见下表：，见下表：2 2、螺栓符号、螺栓符号(1)普通螺栓，安装螺栓，高强度螺栓普通螺栓，安装螺栓，高强度螺栓(2)孔径孔径do=d+1.53，用，用f f表示，如孔径表示，如孔径f f22(3)设计说

39、明：螺栓类型，等级，直径，孔径设计说明：螺栓类型，等级，直径，孔径3 3、螺栓排布、螺栓排布(1)并列和错列：规则、统一、紧凑并列和错列：规则、统一、紧凑(2)排布参数：端距，边距，间距排布参数：端距，边距，间距(3)排布尺寸要求：考虑安装，受力和使用排布尺寸要求：考虑安装，受力和使用(4)至少要有两个受力螺栓至少要有两个受力螺栓4 4、最大、最小尺寸要求、最大、最小尺寸要求(1)保证安装要求：保证安装要求：用扳手拧紧螺帽用扳手拧紧螺帽最小间距，节省连最小间距，节省连接板接板最大间距和边最大间距和边(端端)距距(2)保证受力要求：保证受力要求：不过多削弱截面，最小间距和边不过多削弱截面，最小间

40、距和边(端端)距距(3)保证使用要求：保证使用要求：避免锈蚀和变形避免锈蚀和变形最大间距和边最大间距和边(端端)距距(4)型钢上的线距表型钢上的线距表，见下表：见下表：5 5、螺栓连接受力、螺栓连接受力(1)连接连接可传递弯矩、剪力和轴力，单个螺栓只能受拉或受剪可传递弯矩、剪力和轴力，单个螺栓只能受拉或受剪(2)受剪螺栓受剪螺栓作用力与螺杆垂直，作用力与螺杆垂直，受拉螺栓受拉螺栓作用力与螺杆平作用力与螺杆平行行二、普通二、普通螺栓螺栓受受剪性能剪性能1 1、单个螺栓受剪破坏试验、单个螺栓受剪破坏试验摩擦传力，滑移，螺杆传力，弹塑性破坏摩擦传力，滑移，螺杆传力，弹塑性破坏(1)螺栓直径小，连接板

41、厚，螺栓直径小，连接板厚，螺杆剪切破坏螺杆剪切破坏(2)螺栓直径大，连接板薄，螺栓直径大，连接板薄，孔壁积压破坏孔壁积压破坏(3)螺栓孔径大，连接板削弱多，螺栓孔径大，连接板削弱多，连接板受拉破坏连接板受拉破坏(4)连接板端距小，连接板端距小，冲切破坏冲切破坏(5)连接板厚，螺杆长，连接板厚，螺杆长，螺杆弯曲破坏螺杆弯曲破坏2 2、单个螺栓抗剪承载力、单个螺栓抗剪承载力(1)单剪、双剪单剪、双剪(2)螺杆剪切破坏：假设剪应力均匀分布，计算平均剪应力螺杆剪切破坏：假设剪应力均匀分布，计算平均剪应力(3)螺杆抗剪承载力螺杆抗剪承载力单剪单剪双剪双剪(4)孔壁挤压破坏：假设压应力沿直径均匀分布，计算

42、平均压孔壁挤压破坏：假设压应力沿直径均匀分布，计算平均压应力应力(5)孔壁挤压承载力孔壁挤压承载力同一方向承压板同一方向承压板较小总厚度较小总厚度板件承压强度板件承压强度3 3、螺栓群拼接、螺栓群拼接(1)螺栓群受拉，单个螺栓受剪螺栓群受拉，单个螺栓受剪(2)螺栓非均匀受剪，连接较长时端部先破坏螺栓非均匀受剪，连接较长时端部先破坏(3)假设假设l115do时，剪力均匀分布，螺栓群抗剪承载力时，剪力均匀分布，螺栓群抗剪承载力(4)假设假设l115do时，剪力非均匀分布，螺栓群抗剪承载力下降时，剪力非均匀分布，螺栓群抗剪承载力下降h h为为折减系数折减系数要求要求 NNb(1)开孔处受拉破坏面开孔

43、处受拉破坏面(I，II，III)4 4、净截面抗拉强度计算、净截面抗拉强度计算(2)净截面积计算净截面积计算螺栓并列排布：直线面积螺栓并列排布：直线面积(截面截面1)tdnbtdnAAn)(0101螺栓错列排布：锯齿净面积螺栓错列排布：锯齿净面积(截面截面1，截面，截面2)计算净截面强度计算净截面强度5 5、螺栓群牛腿、螺栓群牛腿（扭矩和剪力共同作用）（扭矩和剪力共同作用）(1)螺栓群受扭螺栓群受扭(扭矩扭矩T=Pe)、受剪、受剪(剪力剪力N=P)，单个螺栓受剪，单个螺栓受剪(2)假设扭矩使连接板绕螺栓群形心假设扭矩使连接板绕螺栓群形心o转动，扭矩产生的剪力转动，扭矩产生的剪力NTi与与螺栓至

44、形心距螺栓至形心距ri成正比成正比(2)扭矩平衡扭矩平衡 扭矩产生螺栓剪力扭矩产生螺栓剪力分量分量(3)P在螺栓群中均匀分配在螺栓群中均匀分配 单个螺栓剪力合成单个螺栓剪力合成计算受剪力最大的螺栓计算受剪力最大的螺栓三、普通三、普通螺栓螺栓受受拉性能拉性能1 1、单个螺栓受拉破坏试验、单个螺栓受拉破坏试验螺杆受拉，连接板脱开，螺纹处拉断或连接板屈服螺杆受拉，连接板脱开，螺纹处拉断或连接板屈服螺杆拉力螺杆拉力Nt=N+QQ称为撬力，与连接板厚度和称为撬力，与连接板厚度和螺栓位置有关螺栓位置有关增加连接板厚度或设加劲肋可增加连接板厚度或设加劲肋可减小撬力减小撬力计算螺纹处有效截面应力计算螺纹处有效

45、截面应力螺栓抗拉强度螺栓抗拉强度螺栓抗拉承载力螺栓抗拉承载力2 2、螺栓群受拉、螺栓群受拉拉力均匀分布，螺栓个数拉力均匀分布，螺栓个数3 3、螺栓群受弯、螺栓群受弯螺栓受拉，连接板受压，受拉区连接板脱开，螺栓面积小，拉螺栓受拉，连接板受压，受拉区连接板脱开，螺栓面积小，拉压平衡，受压区高度小。假设转动中和轴在最下排螺栓处。压平衡，受压区高度小。假设转动中和轴在最下排螺栓处。假设螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比假设螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比弯矩平衡弯矩平衡 弯矩产生螺栓拉力弯矩产生螺栓拉力计算受力最大的螺栓计算受力最大的螺栓(最外排最外排)4 4、同时螺栓受

46、拉和受弯、同时螺栓受拉和受弯螺栓所受拉力螺栓所受拉力N和弯矩和弯矩M取决于偏心距取决于偏心距e=M/N的大小的大小(1)当当e较小时较小时(图图b，以，以O点计点计)(2)当当e较大时较大时(图图c，以，以O点计点计)0/2minmin2maxmaxibtiyNeynNNNyNeynNN)/ (/ 2211iiibtiyyNeNNyyNeN5 5、同时螺栓受拉受剪螺栓、同时螺栓受拉受剪螺栓螺栓所受拉力螺栓所受拉力Nt和剪力和剪力Nv，试验得破坏近似相关方程，试验得破坏近似相关方程螺栓计算螺栓计算孔壁挤压计算孔壁挤压计算一、高强度一、高强度螺栓螺栓1 1、螺栓类型、螺栓类型(1)高强度钢材制成。

47、高强度钢材制成。(2)按材料强度分成按材料强度分成8.8级和级和10.9级级(3)按传剪力方式分成摩擦型按传剪力方式分成摩擦型和和承压型承压型(4)按施工方式分成大六角头按施工方式分成大六角头和和扭剪型扭剪型2 2、受力机理、受力机理(1)高强度螺栓可以传递剪力和拉力高强度螺栓可以传递剪力和拉力(2)高强度螺栓通过施加预拉力使连接板之间产生预压力，高强度螺栓通过施加预拉力使连接板之间产生预压力，接触面上有摩擦力，接触面上有摩擦力，依靠摩擦力传递剪力依靠摩擦力传递剪力(3)摩擦型连接摩擦型连接在承载能力极限状态最大剪力不能超过板在承载能力极限状态最大剪力不能超过板件间摩擦力。件间摩擦力。(4)承

48、压型连接承压型连接在承载能力极限状态允许滑动，但最大剪在承载能力极限状态允许滑动，但最大剪力不能超过螺栓的抗剪承载力和孔壁的承压强度。力不能超过螺栓的抗剪承载力和孔壁的承压强度。(5)高强度螺栓承载力高，变形小，传力可靠，多用于主承高强度螺栓承载力高，变形小，传力可靠，多用于主承重受力构件连接。重受力构件连接。(6)高强度螺栓的排布要求与普通螺栓相同，摩擦型螺孔直高强度螺栓的排布要求与普通螺栓相同，摩擦型螺孔直径比螺杆直径大径比螺杆直径大1.52mm，也用，也用M表示。表示。3 3、紧固方法与预拉力、紧固方法与预拉力P P(1)紧固方法紧固方法高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭高强度螺

49、栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭矩法，转角法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力矩法，转角法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力均匀。均匀。(2)扭矩法扭矩法专用扭矩板手，标定预拉力和扭矩之间的关系，通专用扭矩板手，标定预拉力和扭矩之间的关系，通过施加一定扭矩达到预拉力，大六角螺栓。过施加一定扭矩达到预拉力，大六角螺栓。 (3)转角法转角法手动扳手初拧后，再转动一定角度达到预拉力，不手动扳手初拧后，再转动一定角度达到预拉力，不准确性较大，每天标定扳手，大六角螺栓。准确性较大，每天标定扳手，大六角螺栓。(4)扭剪法扭剪法扭剪型螺栓，特制电动扳手，以扭断梅花头为标扭剪型螺栓，特制电动

50、扳手，以扭断梅花头为标志，准确可靠，易检查，成本高。志，准确可靠，易检查，成本高。(5)螺栓预拉力越大，摩擦力越高，连接传力性能越好，但要螺栓预拉力越大，摩擦力越高，连接传力性能越好，但要避免在拧紧阶段发生破坏，还要保留螺栓具有一定的抗拉承避免在拧紧阶段发生破坏，还要保留螺栓具有一定的抗拉承载力。我国预拉力定为载力。我国预拉力定为uefAP2 . 19 . 09 . 09 . 0(5)螺栓预拉力的系数考虑以下几个因素：螺栓预拉力的系数考虑以下几个因素：:拧紧螺帽时螺栓受到拉应力和扭转剪应力共同作用拧紧螺帽时螺栓受到拉应力和扭转剪应力共同作用：施工时为了补偿高强螺栓预应力的松弛损失，采用的超：施

51、工时为了补偿高强螺栓预应力的松弛损失，采用的超张拉系数张拉系数：考虑螺栓材质不均匀性，引入折减系数：考虑螺栓材质不均匀性，引入折减系数：高强螺栓没有明显的屈服点，引入安全系数：高强螺栓没有明显的屈服点，引入安全系数4 4、抗滑移系数、抗滑移系数m m(1)连接板接触面之间摩擦力的大小与摩擦系数有关，称为抗连接板接触面之间摩擦力的大小与摩擦系数有关，称为抗滑移系数，与表面处理方式有关。滑移系数，与表面处理方式有关。二、高强度二、高强度螺栓螺栓抗抗剪计算剪计算1 1、单个螺栓抗剪承载力、单个螺栓抗剪承载力单个螺栓周围接触面上的摩擦力为单个螺栓周围接触面上的摩擦力为m mP，考虑安全系数考虑安全系数1.11，单个螺栓抗剪承载力取单个螺栓抗剪承载力取nf为摩擦面数，单剪为摩擦面数，单剪nf=1 ，双剪，双剪nf=22 2、摩擦型螺栓抗剪计算、摩擦型螺栓抗剪计算(1)单个螺栓传递的最大剪力单个螺栓传递的最大剪力Nv，要求，要求(2)螺栓螺栓群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪，要求，要求螺栓数螺栓数(3)净截面计算净截面计算每个螺栓均匀传力每个螺栓均匀传力，孔前传力系